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微型元器件和高頻電路需要縝密的原型制作方法。 要點(diǎn) * 現代原型制作需要全套的放大鏡、顯微鏡、燈和鑷子。 * “死蟲(chóng)”和覆銅板原型技術(shù)速度很快，但缺乏制作文檔。 * 繞接原型適用于低頻設計。 * 將電路板設計交給制造廠(chǎng)制作，是一個(gè)有利的開(kāi)始。 * 裝配廠(chǎng)可以提供快速的電路板周轉。 * 你的工作是提供一個(gè)經(jīng)過(guò)驗證的文檔包。 原型制作已變得比往日困難得多。這是因為，電子元件越來(lái)越小，一片IC現在只是一粒胡椒子或砂粒般大小。因此，必須對這些微型元件采取照明、觀(guān)察與處理措施（見(jiàn)附文1《原型制作：少動(dòng)腦，精巧工作》）。更有甚者，現在很多電路都工作在高頻下，因此元件之間不再只是簡(jiǎn)單的焊線(xiàn)，必須用受控阻抗的走線(xiàn)連接這些電路。熱量管理帶來(lái)了更多的挑戰。 要制作一塊PCB（印刷電路板）的原型，需要燈、鑷子、放大鏡、顯微鏡和焊臺。一旦集齊了這個(gè)設備，就可以開(kāi)始建立自己的原型了。但有關(guān)模擬電路板的設計與布局要記住一些特殊注意事項。 建立一個(gè)電路原型的最快方式是“死蟲(chóng)”（dead-bug）技術(shù)，美國國家半導體公司研究員和模擬專(zhuān)家Bob Pease支持這種方法，這個(gè)名稱(chēng)源于完成的原型，就像一只仰面朝天、腿向上伸的蟲(chóng)子。這種技術(shù)可以采用一塊結實(shí)的覆銅板作為地層。IC的接地腳直接焊接到地層上，而將其它元件在地層上方連接在一起。由于電路結點(diǎn)懸在空中（因而該技術(shù)有另一俗名，叫“air-ball”（空心球）原型方法），因此這種情況下的雜散電容要低于結點(diǎn)在電路板上的雜散電容。這種方法的缺點(diǎn)是難以將快速電路以可控阻抗連接起來(lái)，雖然可以用雙絞線(xiàn)和同軸電纜作部件的連接。對于微型IC封裝，可以采用Digi-Key、Mouser、Newark、Allied、Jameco和其它分銷(xiāo)商的轉換板（圖1）。Jim Williams在Linear Technology公司的地位與Pease相當，盡管他有時(shí)也用死蟲(chóng)方法，但更喜歡采用覆銅PCB材料，用X-Acto刀切割銅箔制作連接。 另一種原型建立方法是采用預鉆孔的Vectorbord，這是Vector Electronics公司數十年前推出的產(chǎn)品。開(kāi)始可以用帶焊盤(pán)的打孔板（圖2）或有焊盤(pán)和電鍍通孔的打孔板。盡管這種材料每塊的價(jià)格在數百美元，但它做出的結實(shí)焊點(diǎn)能承受很大的機械應力。 一種更傳統的建立原型方法叫繞接，對數字設計很好用；當電路板上沒(méi)有高速信號時(shí)，才可以將其用于模擬設計。通過(guò)這種方法，Cooper Hand Tools公司開(kāi)發(fā)了一種工藝（圖3），前題是必須知道時(shí)鐘上的下沖問(wèn)題。有這么一個(gè)例子，一位工程師花了兩周時(shí)間，試圖找出他的Z80處理器不工作的原因。他發(fā)現，繞接的電路板在設計的4MHz時(shí)鐘中產(chǎn)生了10%的下沖。為解決這個(gè)問(wèn)題，他在時(shí)鐘電路中串聯(lián)了一只33Ω電阻，以減弱下沖。對于尺寸適度的電路板，還是值得花錢(qián)購買(mǎi)一個(gè)電動(dòng)或手動(dòng)壓繞工具，代替便宜的六角柱形工具作引線(xiàn)繞接。將柱形工具的未繞端插入一個(gè)孔中，用它來(lái)展開(kāi)大量管腳。 注意，當全部是模擬電路時(shí)，沒(méi)有一種方法永遠有效；可能不得不將各種技術(shù)結合起來(lái)，才能得到一個(gè)有用的設計。例如，可以將有死蟲(chóng)式接線(xiàn)區的覆銅接線(xiàn)部分與預制演示板和繞線(xiàn)互連區相結合。如果可以從IC制造商獲得一塊演示PCB，或從Avnet這類(lèi)分銷(xiāo)商得到參考設計，就不需要使用任何此類(lèi)技術(shù)了。 如果電路板有幾十根走線(xiàn)，就無(wú)法在覆銅材料上雕刻。不過(guò)，很多公司都提供預涂光刻膠的覆銅板。光刻膠是一種對光線(xiàn)敏感的材料，可形成一個(gè)覆蓋表面的圖樣，可以制成雙面PCB的薄膜。此外需要的唯一工具就是一間暗室和一臺激光打印機。確認在計算機中將圖形翻轉，這樣當把圖樣放在光刻膠上時(shí)，激光墨粉筒會(huì )直接壓印在光刻膠上，這種方法產(chǎn)生了格狀線(xiàn)。很多公司（包括Injectorall）既提供預涂的電路板，也提供光刻膠，供使用者涂到電路板上。 另一種原型制作方法不需要光刻膠。用激光打印機將原圖墨粉印到一種特殊的塑料薄膜上，并將此薄膜的墨粉一側貼到一塊覆銅板上。這種墨粉轉印方法需要烙鐵或熱板加熱，這類(lèi)設備中的熱量將塑料薄膜圖上的墨粉轉印到電路板上�？梢杂靡粔K浸透氯化鐵的海綿在銅箔上擦拭，磨蝕掉電路板上暴露的銅箔，這種方法去除銅箔要比搖晃罐子快。 這種拓印工藝的發(fā)明者Frank Miller也是PCB制造供應商Pulsar的創(chuàng )建人，他還給光刻膠工藝增加了一個(gè)步驟，用二次轉印密封材料。Yamaguchi Consulting公司所有人Wayne Yamaguchi也是Miller方法的擁護者，他說(shuō)：“關(guān)鍵是熱滾層壓機和TRF（墨粉反應箔）的二次使用，它增加了墨粉的強度，可以在蝕刻工藝中直接拓印。直接拓印時(shí)的蝕刻時(shí)間現在為一分鐘或兩分鐘�！� 1 證明原型的效果 用CAD（計算機輔助設計）文件制作電路板時(shí)可在設計過(guò)程的早期檢驗文件的有效性，這樣當電路進(jìn)入生產(chǎn)階段時(shí)就不會(huì )出太多問(wèn)題。墨粉轉印方法需要蝕刻和手工鉆孔。采用銑床技術(shù)也可以做電路板。例如，LPKF提供圖4中的銑床，它可以驗證你的Gerber文件和鉆孔文件。設備的起價(jià)為11900美元，包括將普通Gerber文件轉換為銑床刀具路徑（用于隔離走線(xiàn)）的軟件。在100 mil（0.001英寸）間距的電路板部件上采用銑床刀具，可以將這些間距減少到10 mil。對于形狀和銅箔間距都很重要的RF設計，可以將銑床軟件設定為精確地復制出走線(xiàn)間隔。在這種模式下，銑床工作在需要銑除的大面積銅箔上以光柵方式運行，即通過(guò)系統地獲取像素間距的一個(gè)網(wǎng)格形狀，來(lái)重現整幅圖像。與那種一次過(guò)程就能將線(xiàn)網(wǎng)互相隔離的方法相比，這個(gè)過(guò)程花費時(shí)間較長(cháng)。 采用銑床做復雜的原型時(shí)，完成一件只要花數小時(shí)時(shí)間。用銑床可以作進(jìn)一步切割，直到走線(xiàn)達到正確的阻抗。不過(guò)，應注意的是，層間鉆孔無(wú)法做出一個(gè)通孔連接；必須在通孔中焊一小段線(xiàn)，才能實(shí)現連接。LPKF提供一種套件，用導電環(huán)氧樹(shù)脂填充過(guò)孔，并為多層板提供小型電鍍槽。要看是否需要通風(fēng)套裝或處理這些材料中的有害物質(zhì)。如果你的公司需要為一個(gè)小型電鍍槽投資數百萬(wàn)美元，你會(huì )需要應付導電環(huán)氧或過(guò)孔中焊線(xiàn)問(wèn)題。 2 進(jìn)入電路板廠(chǎng) 使用上述原型技術(shù)以后，一塊電路板最終呈現在眼前。用死蟲(chóng)式元件或在覆銅材料上用X-Acto刀可完成概念驗證檢查。不過(guò)，如果需要做一個(gè)產(chǎn)品，那么最好還是在CAD軟件包中開(kāi)始做一塊電路板，而不要在沒(méi)有任何文檔情況下，將元件焊接在一起。Datadog Systems公司顧問(wèn)John Massa指出，以他47年的經(jīng)驗來(lái)說(shuō)，每個(gè)項目總能歸結為PCB布局與建立原型。他說(shuō)：“為快速周轉的電路板支付費用幾乎沒(méi)有壞處。最終得到的總是一個(gè)更好的產(chǎn)品�！蹦愕墓ぷ鞑粌H是讓電路工作起來(lái)，而且還要提供一個(gè)制造用的文檔包，無(wú)論制造商是你的公司，還是中國的一家合同制造商。墨粉轉印原型法能檢查Gerber文件，但無(wú)法檢查鉆孔文件。銑床可驗證鉆孔文件，但不能復制絲網(wǎng)印工藝。對于微型SMD（表面安組裝元件）封裝和其它CSP（芯片級封裝），銑床就會(huì )有麻煩。要做出一塊能用的電路板，必須有一臺狀況良好，經(jīng)過(guò)完美設置的銑床。 所有這些約束條件為將電路板設計由PCB制造廠(chǎng)去完成提供了很好的理由（圖5）。PCB制造已有10多年歷史，它可以花費數千美元，耗時(shí)數周時(shí)間，也可以在24小時(shí)內幾百美元就完成。很多聲譽(yù)卓著(zhù)的PCB廠(chǎng)可以在數天內將PCB文件轉換為一塊電路板。不過(guò)，只有一些公司在為工程師提供服務(wù)方面表現出色。其中一家公司是Sierra Proto Express，它從提供的文件制作兩、三塊電路板，幾天內就可以交貨，收費不到200美元。據Sierra公司所有人ken Bahl稱(chēng)，對快速周轉原型的需求出現于20世紀90年代初期。到1996年，PCB廠(chǎng)Advanced Circuits的經(jīng)理們也明白了快速周轉原型的好處。另一家先行者是Sunstone Circuits，它以前曾是Tektronix公司的獨家電路板供應商。這些公司都可以在一天內提供雙面板，數天內提供多層板，但各家側重于不同的原型服務(wù)。 Advanced Circuits公司聲稱(chēng)能按時(shí)交貨。該公司銷(xiāo)售與營(yíng)銷(xiāo)副總裁Larry McQuinn說(shuō)：“我們對整個(gè)過(guò)程都留了冗余機器。如果一臺機器壞了，我們仍然能按時(shí)完成訂單�！盇dvanced公司亦提供在線(xiàn)的實(shí)時(shí)DRC（設計規則檢查）。你可以將自己的文件上傳到一臺服務(wù)器，幾小時(shí)之內就可以收到一個(gè)報告，詳細說(shuō)明其中的不足或制造問(wèn)題。如果制作廠(chǎng)發(fā)現一個(gè)問(wèn)題，必須停止工作以等待你作修改，采用這種方案可以使你避免損失一天或更多時(shí)間。Advanced還提供免費的PCB Artist布局工具，它可以為你創(chuàng )建單層板和多層板所需要的全部文件。 Sierra Proto Express公司走的是另一條路：擴展它的原型板技術(shù)（圖6）。該公司正常情況下可以提供窄至3 mil線(xiàn)寬的電路板，同時(shí)也能做2 mil線(xiàn)和間距、埋孔與盲孔，以及激光打孔，埋孔與盲孔可以位于任意層或重疊層上。盡管該公司提供的銅箔層厚度達6 oz，但理智的工程師都知道，他們不能期望在同一塊板上兼得2 mil間距和6 oz厚銅箔。Sierra還可以提供62 mil厚度的14層板，以及多達30層的更厚的板。特性包括1 mil直徑的測試焊盤(pán)和最先進(jìn)的表面處理與層壓板。 Sunstone公司也遠非只是一個(gè)單層板制作廠(chǎng)。該公司提供快速周轉的原型和免費的PCB123 CAD工具。該公司還開(kāi)發(fā)了用于常規布局軟件包的DFM（可制造設計）插件，如Altium公司的Designer和Cadsoft公司的Eagle用它就可以設定正確的Sunstone設計規則。這些軟件包會(huì )對你設計電路板時(shí)的任何錯誤作上標記。Sunstone公司還與Screaming Circuits公司一起組裝電路板。該公司的CAD軟件包可以做Digi-Key公司的價(jià)格檢查，而Sunstone公司可以通過(guò)監控電路板的組裝，從而節省運輸與物流費用。 雖然這三家美國公司可滿(mǎn)足本地、本州和聯(lián)邦對污染控制的所有標準，但你也可以找到可靠的海外PCB制造廠(chǎng)，如愛(ài)爾蘭的PCB-Pool公司，它從1994年起就開(kāi)始制作原型板。該公司按板收費，不收布線(xiàn)費，因此，如果你有很小的電路板需要布線(xiàn)，PCB-Pool是一個(gè)好的選擇。該公司確實(shí)要收絲網(wǎng)印和阻焊費用，但價(jià)格很有競爭力。 3 進(jìn)行裝配 現在你已有了原型板，那么就必須組裝它，或聯(lián)絡(luò )一家裝配廠(chǎng)做這件事（見(jiàn)附文2《PCB裝配：自己干還是發(fā)出去干？》）。在你的職業(yè)生涯中，應嘗試過(guò)向制造廠(chǎng)發(fā)出至少一塊原型板，并讓一家合同制造商裝配它。你獲得的經(jīng)驗將有助于理解制造業(yè)的興衰和迫切需求。制造廠(chǎng)已準備好提供幫助，哪怕你是在餐巾紙上畫(huà)出的設計，你將能得到較低的設計成本，因為對制造過(guò)程有了深入理解。Sierra Proto Express公司的營(yíng)銷(xiāo)總監Amit Bahl表示：“擁有一家好的電路板廠(chǎng)是一家創(chuàng )新公司的一部分�！奔词鼓阌兴膫�(gè)月來(lái)做一塊原型板，也非常值得擁有一家能提供三天內電路板周轉的制造廠(chǎng)。這樣，你的營(yíng)銷(xiāo)與銷(xiāo)售組織就有時(shí)間對產(chǎn)品作審查，也許將你的一臺原型板送給一位客戶(hù)。然后，你就有機會(huì )作出改進(jìn)，在不到一周時(shí)間內做出一個(gè)更好的電路板版本。當產(chǎn)品完成的時(shí)候，你就有一個(gè)甚至遠超出客戶(hù)預期的設計。當你的競爭者試圖趕上時(shí)，你可以轉向降低成本或提高性能，從而永遠保持領(lǐng)先地位。 4 附文：原型制作：少動(dòng)腦，精巧工作 無(wú)論你是做焊接、測試，或只是把一只器件從卷帶中取出，都要能夠看到微小的器件。首先，確認你的工作區有充足的照明。在適度的電力價(jià)格下，電子鎮流器式照明有良好的總體照明效果。你也可能希望用鹵素射燈或裝在反射罩內的微型熒光燈，用于工作區的局部照明。裝在臺面上的鉸接燈也可用（圖A），手邊還要有幾支不同尺寸的手電（圖B）。你經(jīng)常會(huì )在調試時(shí)向機殼里看，一把小手電能讓你看清內部狀況�，F在還有能裝在眼鏡框上的手電，以及很多可以戴在頭上的傳統醫用燈。如果你需要趴在某些設備下面調試自己的原型，這些能騰出雙手的燈就特別有用。 物體有了足夠的照明還需要放大。放大鏡有利于細節檢查和讀取器件號（圖C），但還需要一臺顯微鏡，用于將器件焊接到電路板上（圖D）。奧林巴斯、尼康和萊卡都提供很好的機型。Wild顯微鏡的質(zhì)量最好，但只有庫存貨可用。對于預算有限的人來(lái)說(shuō)，Motic提供與Wild顯微鏡觀(guān)感相同的產(chǎn)品，價(jià)格只有幾分之一。如預算更緊張，可以到eBay上尋找任何一種立體顯微鏡，包括Bausch & Lomb和American Optical的舊型號。應確保顯微鏡提供長(cháng)的視覺(jué)距離，這樣物鏡可以距離物體5 in以上。有了這一特性，就可以在觀(guān)察電路板的同時(shí)使用烙鐵、探頭和X-Acto刀。 目鏡最大應有10×的放大率，4×變焦就夠用了。20×變焦放大率過(guò)高，需要不斷移動(dòng)電路板才能看到焊接的內容�？梢詫otic顯微鏡配一塊0.5×的物鏡，將變焦水平減少50%。對低功耗檢查或裝配，顯微鏡可以在物鏡與工作件之間獲得一個(gè)適宜的工作間距。顯微鏡下方區域照明可以采用彎曲光纖照明或圍繞物鏡的環(huán)形燈（圖E）。如果你覺(jué)得臉貼在目鏡上無(wú)法工作，可以考慮Vision Engineering公司專(zhuān)利的Dynascope或Mantis顯微鏡（圖F）。通過(guò)旋轉觀(guān)察頭內一個(gè)雙凸透鏡面，Dynascope可以在一個(gè)10 in以外的屏幕上提供立體圖像。不過(guò)這種技術(shù)可不便宜，即使在eBay上，較新的型號也要賣(mài)大約2500美元。Vision Engineering公司在自己的網(wǎng)站上以1625美元價(jià)格銷(xiāo)售較小的Mantis Compact型號。 一旦有了觀(guān)察原型的充足照明和顯微鏡，還需要一些夾取小電路板和器件的工具。仔細查看Digi-Key、Newark、Mouser、Jameco或Allied公司目錄中有關(guān)原型的部分，可以找到有關(guān)鑷子、小螺絲刀和其它需要工具的線(xiàn)索（圖G）。在你可承擔范圍內盡可能挑貴的：25美元一對的Swiss鑷子好于5美元一對的，后者可能彎曲、歪斜或不能正確閉合。你可以用吸氣工具取放原型，但夾住電路板或組件的虎頭鉗更重要。Panavise是這一領(lǐng)域的領(lǐng)先者，提供多種虎頭鉗，包括可以從邊緣夾持一塊PCB（印刷電路板）的型號（圖H）。普通Panavise鉗有一個(gè)問(wèn)題，在電路板上使用焊接烙鐵時(shí)可能會(huì )融化虎頭鉗的聚丙烯鉗爪。為解決這個(gè)問(wèn)題，Panavise為其產(chǎn)品提供了特氟隆鉗爪。有些工程師不太關(guān)心防靜電程序，但這種態(tài)度可能源于他們生活和工作的地點(diǎn)。潮濕氣候下的人們可能工作多年也碰不上一起ESD（靜電放電）造成的故障，而在密西根這類(lèi)冬季干燥地區的人們卻可能摧毀摸過(guò)的每一塊電路。 另外，還必須以有組織和有序的方式保存自己的原型部件（圖I）。把自己的工作臺看作一個(gè)電路板的小型制造廠(chǎng)。用CAD（計算機輔助設計）軟件包提供的BOM（物料清單）列表打印出一系列標簽。然后，將這些標簽貼到部件柜的各個(gè)抽屜上。這種有組織的庫存方法有利于電路板的裝配工作，并且你可以把柜子交給一家合同制造商，用于電路板的手動(dòng)生產(chǎn)。它還可以用于意外損壞了一個(gè)部件的場(chǎng)合：你確切地知道從哪里得到備件。如果你不在辦公室，也可以向技工或其它協(xié)作者準確地說(shuō)明電路板的部件在哪里。 原型的焊接是下一個(gè)問(wèn)題。你可能打算考慮Metcal公司的焊接烙鐵。該公司的烙鐵有一個(gè)向烙鐵頭提供RF能量的基座，它吸收RF并轉換為熱量。當覆蓋烙鐵頭尖的復合物達到其居里點(diǎn)時(shí)（高于此溫度將損失其特有的鐵磁性能），它就停止吸收RF能量，從而控制烙鐵頭的溫度。無(wú)限次的溫度控制循環(huán)為接頭提供了更好的熱能傳送。這個(gè)熱能通過(guò)烙鐵尖末梢和長(cháng)度，送到焊盤(pán)和引線(xiàn)上。 美國國家半導體公司的現場(chǎng)應用工程師Joe Curcio說(shuō)：“要找那些末端與尖部短而粗的焊接系統”，他曾在Metcal作過(guò)技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)工作�！斑@種型號有為焊點(diǎn)供熱的最佳熱量通道�！边@一原則永遠有效，無(wú)論是對RF供熱的工具（如Metcal的焊接工具），還是普通的電阻發(fā)熱式烙鐵尖。2005年，Curcio發(fā)現Weller Silver系列有最佳性能。 Yamaguchi Consulting公司所有人Wayne Yamaguchi偏愛(ài)JBC公司的工具。Techni-Tool和Howard Electronic公司也都分銷(xiāo)JBC的烙鐵。不過(guò)這種工具很昂貴：一套完整工具包括一個(gè)控制單元，一個(gè)50W手持烙鐵，用于脫焊的微型鑷子，以及底座和架子，這些在Howard Electronic的網(wǎng)站上開(kāi)價(jià)1200美元。 你焊接技術(shù)工具庫中的另外一個(gè)有價(jià)值的武器是熱風(fēng)烙鐵，如Hakko公司的產(chǎn)品（圖J）。這種類(lèi)型的烙鐵類(lèi)似于一把空氣加熱槍?zhuān)隳苄⌒牡乜刂茰囟群蜌饬�，很多可更換的金屬嘴確保能將熱量送到想要的地方。對于SMD（表面組裝器件）封裝和其它CSP（芯片級封裝）等焊球器件，在缺少回流焊爐時(shí)，一把熱風(fēng)烙鐵可能是唯一的焊接手段。 現代原型中要求緊密間隙的小電路也需要小型熱縮管。對于這種需求，250W的Weller 6966C熱風(fēng)槍比大型槍更加有用，它能更好地適應于漆皮剝除工作（圖K）。 Yamaguchi指出，你并不需要用一把2萬(wàn)美元的工具去完成一個(gè)回流爐工藝。他采用的是一臺20美元的商用多士爐，用于自己原型的回流加工。訣竅在于確定工藝的特性，如時(shí)間、溫度和預熱，如電路板廠(chǎng)那樣。 當你遇到有連接核心金屬片（中心用于部件散熱的大焊盤(pán)）的部件時(shí)會(huì )出現另一個(gè)挑戰。一般情況下這個(gè)焊盤(pán)要焊到一個(gè)與散熱片有熱連接的部件上，因此難以焊接。你可以用暴力方法：在部件上涂一些液體助焊劑，用大烙鐵，將熱量傳遞到部件的塑料區，直到與核心連接的金屬片重新活動(dòng)。塑料有較低的熱導率，意味著(zhù)有時(shí)你需要在電路板下放第二只烙鐵，加熱那些從金屬片帶走熱量的過(guò)孔。一種較好的方法是用熱風(fēng)槍?zhuān)踔猎诒趁嬖偈褂靡话褵犸L(fēng)槍?zhuān)约皩ζ骷旧泶禑釟�。最終，你可能會(huì )使用熱風(fēng)拆焊臺，它有一個(gè)小真空泵，通過(guò)烙鐵頭中心的一個(gè)小孔抽吸真空。 原型的拆焊要比焊接更有挑戰性。Yamaguchi報告說(shuō)，他用自己的多士爐加熱整塊電路板，確定哪些部件能脫落。作為一種更精心選擇的方案，工程師長(cháng)期使用手工操作的“吸焊槍”，從通孔中吸出焊錫。正確做這一操作時(shí)，最終能從孔中吸出所有焊錫。然后用烙鐵從通孔的一側撬引線(xiàn)，它就會(huì )卡嗒一聲彈出。一旦用這種方式松開(kāi)了所有引線(xiàn)，就可以使器件脫離電路板。吸焊器采用特氟隆吸嘴，這樣烙鐵就不會(huì )將吸嘴融化成一個(gè)球形。你可能希望投資購買(mǎi)一件拆焊臺，里面有一臺小真空泵，可通過(guò)烙鐵尖中心的一個(gè)小孔施加吸力，用于需要大量拆焊工作的場(chǎng)合。與手動(dòng)吸焊器一樣，一旦拆焊臺吸出了焊錫，要用尖的側面將引線(xiàn)挑離通孔。 另外一種有價(jià)值的技術(shù)是吸焊帶，這是一種含有助焊劑的銅絲編織帶。將吸焊帶置于焊點(diǎn)上，用任何烙鐵加熱。吸焊帶就會(huì )通過(guò)毛細作用，吸收焊錫。與吸錫器一樣，必須在瞬時(shí)施加熱量時(shí)將引線(xiàn)挑離通孔。在拆焊過(guò)程中，助焊劑的使用也很重要。助焊劑不僅能清潔焊點(diǎn)，而且提供了一種將熱量傳導給焊錫的重要方法。如果未能除去所有焊錫，就可能需要重新焊接焊點(diǎn)，或用液態(tài)助焊劑填充焊點(diǎn)。這種方法可以使焊點(diǎn)完全融化，從而在第二次嘗試時(shí)去除所有焊錫。你可以從分銷(xiāo)商目錄找到液態(tài)助焊劑和裝在標簽筆中的助焊劑。盡管互聯(lián)網(wǎng)提供了豐富的信息，但勤勉的工程師可能還是愿意翻閱紙質(zhì)目錄，看其它人在使用什么器件和工具。 拆焊表面組裝元件的方法有兩種，可以施加足夠多的熱量，將整只器件及其引線(xiàn)的溫度升高至熔點(diǎn)，也可以用兩只烙鐵，對電阻、電容和二極管的每個(gè)焊盤(pán)上用一只。不過(guò)，Metcal的Talon拆焊鑷子提供了一種更簡(jiǎn)便的辦法（圖L）。該設備有兩個(gè)加熱的尖，這樣就可以同時(shí)對兩只焊盤(pán)加熱。有些工程師不僅用鑷子夾取，也用其將元件放到電路板上。不過(guò)，用Talon置放時(shí)需要靈巧的手感；必須多加小心，不要將元件吸離焊盤(pán)，或使元件成“墓碑”，即立在一只焊盤(pán)上。 拆焊一只BGA（球柵陣列）型封裝更具挑戰性。使BGA脫離電路板非常直接簡(jiǎn)明，你可以采用熱風(fēng)烙鐵或熱風(fēng)槍拆焊BGA。但將一只新器件重新焊到電路板上卻很困難。要均勻地涂覆一層焊膏，需要使用一個(gè)不銹鋼模板，其孔洞對應于BGA焊盤(pán)的位置。用一個(gè)橡膠滾在模板上拖動(dòng)焊膏，施加精確且可重復數量的焊膏。下一個(gè)問(wèn)題是定位。當作電路板布局時(shí)，要在銅箔上作出“參考點(diǎn)”（witness mark），它告訴你BGA封裝的邊界。這種方法使你將器件放到電路板上時(shí)容易對準位置。重新焊接還有一個(gè)問(wèn)題，你需要一種重新加熱電路板的統一方法，或用熱風(fēng)槍?zhuān)蛴枚嗍繝t，或者用一些其它工具。 所有這些問(wèn)題就引出了熱風(fēng)再焊臺（圖M）。這些焊接臺可從上、下吹熱風(fēng)，這樣接地層和散熱銅箔都不會(huì )吸走熱量，從而得到一個(gè)良好的焊點(diǎn)。上方的熱量由專(zhuān)門(mén)配合BGA而制造的噴嘴產(chǎn)生。這種方法能防止熔化BGA以外的元件焊點(diǎn)。 BGA周?chē)枰恍┍Ｗo間隙，裝配廠(chǎng)會(huì )認為你在設計電路板時(shí)已經(jīng)提供了這個(gè)間隙。他們在重新焊接你的電路板時(shí)，也需要使噴嘴圍繞BGA動(dòng)作。盡管這些熱風(fēng)在焊臺的熱量控制和整形很重要，但最關(guān)鍵的特性是一個(gè)雙成像攝像系統。這個(gè)攝像頭會(huì )在將BGA置于電路板上以前，在BGA器件與電路板之間滑動(dòng)。攝像頭提供BGA底面的一幅圖像，另一幅是你電路板的頂層圖。然后，可以在X和Y兩個(gè)方向移動(dòng)電路板，并旋轉真空吸嘴上的器件，使BGA與電路板完美地對準。然后將攝像頭推開(kāi)，開(kāi)始一個(gè)計算機控制的運動(dòng)，使BGA貼到電路板上。此時(shí)你關(guān)閉真空泵，BGA下跌數mil（千分之一英寸）距離，落在電路板的焊膏上。由于你控制著(zhù)整個(gè)過(guò)程的熱量和位置，因此可以獲得與拾取機和回流焊爐媲美質(zhì)量的焊點(diǎn)。 5 附文：PCB裝配：自己干還是發(fā)出去干？ 無(wú)論你是在覆銅板上刻出電路板，還是用LPKF機器銑出電路板，或者交給制造廠(chǎng)去生產(chǎn)電路板，你都要把它裝配起來(lái)。無(wú)論你是把器件表寫(xiě)在餐巾紙上，還是可能有一臺計算機從邏輯圖工具中生成的BOM（物料清單），現在都可以在一天內，從主要分銷(xiāo)商得到這些元器件。注意，如果你到一家廢品回收院內的商店購買(mǎi)，那么就可能買(mǎi)到灰色市場(chǎng)的元器件，它們是某些人從垃圾箱里扒來(lái)的，未能通過(guò)最終測試的元器件。你可能還需要做更多的原型或進(jìn)入量產(chǎn)，你不希望冒無(wú)法找到足夠數量垃圾部件的風(fēng)險。較好的方法是只向那些銷(xiāo)售新元器件和有實(shí)時(shí)庫存的渠道采購。 你應該嘗試組裝自己設計的電路板，這樣能更好地了解設計可能給合同制造商帶來(lái)的困難和問(wèn)題區。合同制造商報告稱(chēng)，設計者在設計階段的選擇就決定了一個(gè)產(chǎn)品高達80%的成本，再多的第二貨源或與供應商的談判也不可能顯著(zhù)降低產(chǎn)品的成本。即使工作很小，也不必羞于向Flextronics、Aeroflex或其它合同制造巨頭開(kāi)口（參考文獻A）。他們可以將你引見(jiàn)給一家本地合同裝配廠(chǎng)，做你的原型產(chǎn)品。Sierra Proto Express會(huì )接管你的整個(gè)項目設計。該公司可以做邏輯圖和布局、制造與電路板裝配，所有這些都在數周內完成。 你可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，尋找一家位于自己所在地區的小型合同制造商。一個(gè)本地資源總是便于處理緊急情況，例如你需要一些人返工，或加夜班裝配一塊電路板。有良好跟蹤記錄的裝配廠(chǎng)包括Rapid SMT Assembly和Naprotek。有些小型合同制造商由他們的返工人員手工裝配你的電路板。其它廠(chǎng)家則堅持至少每種器件都用一碼帶卷，這樣你的電路板就能通過(guò)他們的拾放機器，這是個(gè)好主意，它可以驗證你插件文件的有效性，這個(gè)文件中記錄了所有元器件的X-Y位置。正如你可以在一天內做遠程PCB制造并拿到板子一樣，你也可以快速地拿到裝配好的電路板。一家公司是Advanced Assembly（參考文獻B）。另外一家能處理所有階段的公司是VSE。裝配公司正在實(shí)現十年前電路板公司解決的問(wèn)題。他們可以在幾天內，幫助工程師提供一個(gè)正式、適宜且功能正常的原型，從而獲得良好的收益。這也使他們參與到企業(yè)的初建階段，這樣他們也能?chē)L試大批量制造。這種方案適用于所有人。 很多工程師沒(méi)有請合同制造商做預算。那么就研究下本文的第一個(gè)附文，熟悉微型元器件的取放和焊接。通常情況下，你都會(huì )有一名技工或產(chǎn)品裝配員來(lái)組裝你的原型。但要知道，他可能并不情愿連夜趕工去裝配原型板。正如你最好了解電路板廠(chǎng)如何處理你的文件一樣，你也應該觀(guān)察或至少自己裝一塊電路板。這么做會(huì )對自己設計的可制造性問(wèn)題有一個(gè)概念，這些問(wèn)題經(jīng)常帶來(lái)返工或接觸元器件的難題。懂得這些問(wèn)題可以使你的下一塊電路板布局有更好的結果。 如果你必須手動(dòng)裝配一塊原型板，就需要一塊焊錫模板。這種不銹鋼制的薄板上有很多孔洞，形狀與你電路板上的焊盤(pán)相同。將焊膏涂抹在模板一側，將其放在電路板頂層，用膠輥使焊膏均勻地分配到每個(gè)焊盤(pán)上。然后將元器件粘到焊膏上，并用爐子作電路板回流焊，或手工焊接，或用針對BGA和其它無(wú)暴露引線(xiàn)器件的熱風(fēng)槍。Advanced Circuits公司能以適度的附加價(jià)格為你的電路板提供模板。 如果你的電路板有BGA或LLP，或其它非暴露引線(xiàn)的封裝，裝配返工和檢查會(huì )困難得多。有些醫療設備需要目視檢查。它們甚至不能采用這種類(lèi)型的封裝。如果你的電路板上確實(shí)有一片BGA，有時(shí)檢查它的唯一方式是采用X射線(xiàn)機。盡快與一家本地裝配廠(chǎng)合作，確認它擁有X射線(xiàn)機，以及更換電路板上每種元器件所需要的全部返工工具。 隨著(zhù)電路板越來(lái)越復雜，它們原型制作需要的工具和技術(shù)也更復雜。你可以在車(chē)庫環(huán)境中做大量工作，但要生產(chǎn)出先進(jìn)的電路板，就需要與制造廠(chǎng)、原型裝配廠(chǎng)和合同制造商的合作。越早嘗試這些，就能越快地獲得有利的競爭地位。 |
